[发明专利]一种适于工业化生产的纳米五氧化二钒正极材料的制备方法及应用

说明书

本发明提供一种适于工业化生产的纳米五氧化二钒正极材料的制备方法及应用，包括如下步骤：将钒源和草酸加入到去离子水中，形成蓝色溶液；将添加剂、乙二醇分别加入到蓝色溶液中，得到蓝色前驱体溶液；将蓝色前驱体溶液进行喷雾干燥，得到蓝色前驱体粉体；将蓝色前驱体粉体进行有氧烧结，筛分，即得产品。本发明采用液相‑喷雾干燥技术，产品颗粒为纳米级，且分布均匀，具有优良电化学性能，且原料来源广，制备工艺简单，成本低，易于产业化，可作为锂离子电池正极活性材料。

技术领域

本发明涉及纳米材料与电化学技术领域，具体涉及一种适于工业化生产的纳米五氧化二钒(V₂O₅)正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池具有高比能量、寿命长、绿色低碳等优点，在电动汽车、电子消费品市场等逐步得到广泛应用，但由于较差的倍率性能和功率密度，限制了其在电气车辆等大规模能量存储中的应用。在《节能与新能源汽车国家规划》中指出，截止2020年动力电池能量密度要达到300Wh/Kg，同时在国家“十三五”新能源汽车重点专项中，也明确指出要达到300Wh/Kg这一目标。然而目前的磷酸铁锂材料，三元材料都暂时无法满足这一需求，需要发展新型正极材料来满足这一目标。在正极材料中，层状结构V₂O₅最多可以脱嵌3个锂离子，且资源丰富，理论容量高的优点而被广泛认知。但其依旧存在着两大问题，较差的倍率性能和循环稳定性问题。

纳米材料具有高的比表面积以及更好的活性，作为锂离子电池电极材料时与电解液接触面积大、锂离子脱嵌距离短，能有效提高材料的电化学活性，作为高倍率锂离子电池电极材料时具有显著的优势。然而，目前制备性能优异的V₂O₅正极材料，大多采用水热法、沉淀法，溶胶法等方法，其存在着生产效率低、过程复杂、不利于产业化等缺点，限制了五氧化二钒在锂电池的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种适于工业化生产的纳米五氧化二钒正极材料的制备方法，采用液相-喷雾干燥技术，产品颗粒为纳米级，且分布均匀，具有优良电化学性能，且原料来源广，制备工艺简单，成本低，易于产业化，可作为锂离子电池正极活性材料。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种适于工业化生产的纳米五氧化二钒正极材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将钒源和草酸加入到去离子水中，形成蓝色溶液；

2)将添加剂、乙二醇(EG)分别加入到蓝色溶液中，得到蓝色前驱体溶液；

3)将蓝色前驱体溶液进行喷雾干燥，得到蓝色前驱体粉体；

4)将蓝色前驱体粉体进行有氧烧结，筛分，即得产品。

根据以上方案，所述钒源为V₂O₅、偏钒酸铵(NH₄VO₃)或两者的混合物。

根据以上方案，所述草酸与所述钒源中钒的摩尔比为1～9。

根据以上方案，所述添加剂为聚乙烯醇(PVA)、葡萄糖、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、蔗糖、可溶性淀粉、聚乙二醇(PEG)、柠檬酸中任意一种或一种以上的混合物。

根据以上方案，所述乙二醇与所述钒源换算成V₂O₅后的质量比为1/16～1/2，所述乙二醇的密度为1.1155g/mL。

根据以上方案，所述喷雾干燥采用压力喷雾干燥机、离心喷雾干燥机或气流式喷雾干燥机。

根据以上方案，所述有氧烧结的温度为350℃-550℃，时间为1-8h。

根据以上方案，所述纳米五氧化二钒正极材料作为锂离子电池正极活性材料。